JPH0131938B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ この発明は、遠心力を利用して迅速に液−液抽
出を行なうことができる遠心速抽出器に関するも
のである。

この遠心速抽出器は、使用済核燃料の再処理工
程で使用済核燃料に含まれるウランおよびプルト
ニウムを核分裂生成物から溶媒抽出法（例えばピ
ユーレツクス法）で分離するために特に好ましく
利用できるものであるが、この分野に限らず、重
液と軽液を用いる液−液抽出に広く利用しうる。

＜従来の技術＞ ピユーレツクス法による使用済核燃料の再処理
においては、ウラン、プルトニウムおよび核分裂
生成物を含む硝酸溶液（重液）を、ウランとプル
トニウムの抽出剤であるリン酸トリブチルの炭化
水素溶液〔以下TBPと略記する〕（軽液）と向流
接触させて硝酸溶液からウランとプルトニウムを
TBPへ抽出させ、次いでこのTBP中にわずかに
抽出される核分裂生成物を除去するために新たな
硝酸溶液と向流接触させて洗浄し、さらに洗浄後
のTBPを希硝酸溶液と向流接触させてTBP中の
ウランとプルトニウムを希硝酸溶液側に逆抽出さ
せる。

かような抽出、洗浄および逆抽出処理には、従
来からミキサ・セトラやパルスカラムといつた抽
出器が一般に使用されている。しかしながらミキ
サ・セトラの場合には抽出器内での両液の分離に
比重差による自然重力を利用するため十分な滞留
時間をとる必要があり、そのため抽出剤TBPの
放射線による損傷を受け易い。一方、パルスカラ
ムの場合には、カラム内に取付けられている目皿
の濡れ性から分散状態が悪化することが知られて
おり、高い除染係数や安定な操作条件を維持する
ために解決しなければならない技術的課題を有し
ている。また処理能力を増加させるために、ミキ
サ・セトラでは床面積を広くする必要があり、パ
ルスカラムはカラムの直径や高さを大きくする必
要があるため、抽出器サイズを大型化しなくては
ならない。

そこで近年、上述したごとき従来の抽出器のも
つ欠点を解消するものとして、遠心速抽出器が開
発された。この遠心速抽出器は、重液と軽液の混
合液を遠心力により強制的に分離するものであ
り、その代表的な構造を第４図に示す。図示の遠
心速抽出器は基本的には、ケーシング１とこのケ
ーシング内で回転軸３により高速回転する円筒状
ロータ２とからなつている。重液（例えば硝酸溶
液）と軽液（例えば抽出剤TBP）はそれぞれの
供給管４，５からケーシング１下部のミキシング
室６に供給され、回転軸下端に設けられてロータ
２と共に回転するインペラ７によりミキシング室
６内で両液が十分に混合されたのち、ロータ下端
板８の中央開口９からロータ２内に導入される。
この混合液はロータ下端板８とバツフル板１０と
の間でさらに撹拌されたのち、ロータ内周面２ａ
で遠心力により比重の大きい重液は外側へ、比重
の小さい軽液は内側へ分離されながらロータ内周
面を上昇していく。ロータ２内上部には、重液と
軽液とを各々分離して重液出口１３および軽液出
口１４から抜出すための分離抜出し用せき１１，
１２が設けられている。重液分離抜出し用せき１
１は、外側重液相と内側軽液相との界面Ｋより外
側すなわち重液相側で開口する重液抜出口１１ａ
を有し、この抜出口１１ａを通過した重液はさら
に複数のせき板１１ｂ，１１ｃ，１１ｄをオーバ
ーフローして重液出口１３へ導かれ、重液捕集室
１５を経て重液排出口１６から排出される（実線
矢印）。一方、軽液分離抜出し用せき１２は、重
液相と軽液相との界面Ｋより内側すなわち軽液相
側で開口する軽液抜出口１２ａを有し、この抜出
口１２ａをオーバーフローした軽液は軽液出口１
４へ導かれ、軽液捕集室１７を経て軽液排出口１
８から排出される（点線矢印）。

遠心速抽出器は前述のごとく遠心力により強制
的に重液と軽液を分離するため次のような利点を
有している。

(1) 高速回転数でミキシングするため抽出効率が
高い。

(2) 接触時間が極めて短いため抽出剤の放射線に
よる損傷が少ない。

(3) 抽出器内に滞留する液が少ないため核物質、
放射性物質のホールドアツプ量が少ない。

(4) パルスカラムやミキサ・セトラと同じ処理能
力を確保するための抽出器サイズが極めて小型
である。

(5) 運転平衡到達時間が短く、工程の立上げ、停
止時に必要とする時間、発生廃液が極めて少な
い。

＜発明が解決しようとする問題点＞ 上記のような遠心速抽出器においては、ロータ
２円筒内に導入された混合液がロータの回転とと
もに高速回転しないと混合液に十分な遠心力が作
用しないことになる。そのため図示した従来の遠
心速抽出器では第５図に示したように、回転軸３
から放射方向にロータ内周面２ａに達する複数の
仕切板１９をロータ内縦方向に配設してロータ円
筒内部を複数の室に仕切り、ロータ回転時に液と
ロータ内周面２ａとの間でスリツプが起らないよ
うにしていた（第４図では仕切板１９は図示を省
略してある。）。

しかしながら、中心の回転軸３の回転力は複数
の仕切板１９を介してロータ２に伝達されること
になるため、複数の仕切板１９を回転軸３とロー
タ内周面２ａとの間で溶接等で強固に固定しなけ
ればならないから、ロータ内の分解、点検が容易
に行なえず、またロータ２は高速回転するため仕
切板１９をバランスよく取付ける必要があり、一
般の加工技術では製作、組立がかなり困難とな
る。

さらに、ロータ２内に導入する重液−軽液混合
液中に重液より比重の大きい固体粒子が含まれて
いると、ロータ内での遠心力によつてこれらの固
体粒子はロータ内周面２ａに堆積することにな
る。かような堆積固体粒子は除去困難となり、延
いてはロータ全体を交換せざるを得なくなる恐れ
がある。

また、ケーシング１下部のミキシング室６内で
混合された重液−軽液混合液は、インパラ７の圧
力によつてロータ下端板８の中央開口９からロー
タ２内に導入される際に、バツフル板１０の作用
によつて混合液がロータ内上方に直接送入されな
いようになつている。しかしながら、インパラ７
の圧力が強い場合には混合液が未分離のままロー
タ内上方まで直接送入されてしまい、遠心力によ
る重液と軽液の効果的な分離ができなくなる危険
もある。

そこでこの発明は、上述したごとき従来の遠心
速抽出器のもつ問題点を解消し、ロータ回転時に
ロータ内周面と液とのスリツプ防止用仕切板を設
ける必要がなく、従つて構造が簡単で製作、組立
が容易であるとともに、ロータ内に導入する混合
液中に固体粒子が含まれていてもロータ内周面で
の固体粒子の堆積が起り難い構造で、しかも重液
−軽液混合液がロータ内上方部へ直接送入される
ことのない構造を備えた遠心速抽出を提供するこ
とを目的としてなされたものである。

＜問題点を解決するための手段＞ 上記問題点を解決するための手段を、実施例に
対応する第１図〜第３図を用いて説明する。

この発明は、高速回転する円筒状ロータ２の底
部に重液−軽液混合液入口９を、上部に重液出口
１３と軽液出口１４をそれぞれ設けるとともに、
このロータ内で遠心力によつて分離された外側重
液相Ｈおよび内側軽液相Ｌをそれぞれ前記重液出
口および軽液出口へ導く重液分離抜出し用せき１
１および軽液分離抜出し用せき１２をロータ内の
上部に設けてなる点で、従来の遠心速抽出器と同
様な構成をもつている。

この発明の特徴は、円筒状ロータ２内部の構造
にある。すなわち、第５図に図示した従来装置に
おけるようにロータ内周面２ａと液とのスリツプ
防止用仕切板１９をロータ内縦方向に設けること
なく、ロータ底部の混合液入口９からロータ上部
の分離抜出し用せき１１，１２に至る螺旋状液通
路４０をロータ２内に形成してあるる。

この螺旋状液通路４０は、内周面に螺旋溝２１
を刻設したロータ円筒壁２０内に、螺旋突起３１
を有するロータ回転軸３０をねじ込むことによつ
て形成される。

＜作 用＞ 混合液入口９から高速回転するロータ２内へ導
入された重液−軽液混合液は螺旋状液通路４０内
に導かれ、この液通路内を回転しながらロータ内
周面２ａに沿つて上昇していく。かような回転上
昇過程で混合液は遠心力により重液は外側に、軽
液は内側に次第に分離されていき、ロータ上部へ
達する。分離された重液相Ｈは、第４図に示した
従来装置と同様に、ロータ上部に配した重液分離
抜出し用せき１１の重液抜出口１１ａを介して重
液出口１３へ導かれ、一方軽液相Ｌは軽液分離抜
出し用せき１２の軽液抜出口１２ａを介して軽液
出口１４へ導かれる。

上述したようにロータ内に導入された混合液は
螺旋状液通路４０を回転しながら上昇するが、こ
のときの液の回転移動速度よりロータ回転速度を
高くすることにより、液とロータ内周面２ａとの
間で常にスリツプを生じさせるようにしている。
かくして、液中に固体粒子が混入していても、ロ
ータ内周面２ａに堆積しにくくすることができ
る。

また、ロータ２内には下部から上部へ通ずる垂
直な液通路が形成されていないため、ロータ底部
の混合液入口９からインパラ７の圧力によつて導
入された混合液が直接ロータ上部へ送入される危
険のない構造となつている。

＜実施例＞ 以下に第１図〜第３図に図示した実施例を参照
してこの発明をさらに説明する。なおこれらの図
中、第４図の従来装置における部材と同じ部材に
ついては同じ参照番号を付してある。

第１図はこの発明による遠心速抽出器の全体を
説明するものであり、基本的にはケーシング１と
このケーシング内に同軸的に設けられた回転自在
の円筒状ロータ２とからなつている。ロータ２の
中心には駆動装置（図示せず）により高速回転す
る回転軸３０が配設され、回転軸３０とともにロ
ータ２が回転するようになつている。回転軸３０
はロータ下端板８の中央開口９を貫通してケーシ
ング１下部のミキシング室６に伸び、この回転軸
３０の下端にはインパラ７が取付けられている。
ロータ内上部には重液分離抜出し用せき１１と軽
液分離抜出し用せき１２とが設けられている。重
液用せき１１は重液相Ｈ側で開口する重液抜出口
１１ａを有し、複数のせき１１ｂ，１１ｃ，１１
ｄを介して重液出口１３に連通している。一方、
軽液用せき１２は軽液相Ｌ側で開口する軽液抜出
口１２ａを有し、軽液出口１４に連通している。
ケーシング１底部は重液供給管４および軽液供給
管５に接続され、ケーシング１上部には重液排出
口１６および軽液排出口１８が設けられ、それぞ
れ環状の重液捕集室１５および軽液捕集室１７を
介してロータの重液出口１３および軽液出口１４
と連通している。

以上の構成は第４図に示した従来装置と実質的
に同じであるが、この発明においては、ロータ２
内部に螺旋状液通路を形成してある点で従来装置
と相違する。

すなわちこの発明のロータ主要部は、第２図に
示したごときロータ円筒壁２０と第３図に示した
ごとき螺旋突起３１を有する回転軸３０とから構
成されている。第２図のロータ円筒壁２０はその
内周面に螺旋溝２１が刻設され、一方第３図の回
転軸３０には円筒壁内周面の螺旋溝２１と同ビツ
チおよび同方向に螺旋突起３１が形成されてい
る。これらの螺旋溝２１と螺旋突起３１を用いて
回転軸３０を円筒壁２０内にねじ込むことにより
両者は一体構造とされ、第１図のロータ２主要部
が組立てられる。かくしてロータ２内部には、ロ
ータ内周面２ａを１つの側壁とする断面矩形の螺
旋状液通路４０が形成されることになる。かよう
な形状のロータ円筒壁２０および回転軸３０は、
一般的ねじ加工技術を利用して容易に製作するこ
とができる。

次にかような構成の遠心速抽出器の動作を説明
する。重液（例えば硝酸溶液）と軽液例えば抽出
剤TBP）はそれぞれの供給管４，５からケーシ
ング１内のミキシング室６へ供給され、ここでイ
ンパラ７により十分混合されたのちロータ下端板
８の中央開口９からロータ２内に導入される。ロ
ータ内に導入された混合液は直ちに螺旋状液通路
４０へ導かれ、この液通路内を回転しながらロー
タ内周面２ａに沿つて上昇していく過程で外側重
液相Ｈ、内側軽液相Ｌに分離される。かくして分
離された重液相Ｈは重液用せき１１の重液抜出口
１１ａから分離され、複数のせき板１１ｂ，１１
ｃ，１１ｄをオーバーフローして重液出口１３を
経てケーシングの重液捕集室１５へ流入し、重液
排出口１６から抜出される。軽液相Ｌは軽液用せ
き１２の軽液抜出口１２ａから分離され、軽液出
口１４を経てケーシングの軽液捕集室１７へ流入
し軽液排出口１８から抜出される。

図示した遠心速抽出器の構造はこの発明の実施
例を説明するものであつて、この発明はこの実施
例のみに限定されない。例えばケーシング１の形
状やケーシング内あるいはロータ２内への重液、
軽液の供給様式、さらには重液−軽液分離抜出し
用せき１１，１２の構造等は図示実施例と同じに
する必要はなく、高速回転する円筒状ロータの底
部に供給された重液−軽液混合液を遠心力により
分相する型式の遠心速抽出器であればいかなる型
式のものに対しても、この発明の特徴となつてい
る螺旋状液通路４０をロータ内に設ける構造を適
用することができる。

＜発明の効果＞ 以上の説明からわかるように、この発明におい
てはロータ内部に螺旋状液通路を設ける構造と
し、従来装置におけるようなロータ内周面と液と
のスリツプ防止用仕切板をロータ内縦方向に設け
る必要をなくした。その結果、ロータ内に導入さ
れた重液−軽液混合液は螺旋状液通路を回転、上
昇しながら次第に重液相と軽液相に分離される。

そのため、液はロータ内周面と絶えずスリツプ
しながらロータ上部へ上昇することにより、液中
に固体粒子が混入している場合でもこの固体粒子
がロータ内周面に堆積し難くなる。従つて従来装
置にみられるように、堆積固体粒子が除去困難と
なつてロータ全体を交換せざるを得なくなるとい
う欠点を解消することができる。

また、従来装置のようなロータ内下部から上部
へ通ずる垂直な液通路がないため、ロータ底部か
ら導入された重液−軽液混合液が直接ロータ上部
へ送入されて効果的な遠心力による分相が行なわ
れなくなる危険のない構造とすることができる。

さらにまた、螺旋状液通路を内部に有する円筒
状ロータは、内周面に螺旋溝を刻設したロータ円
筒壁内に、螺旋突起を設けた回転軸をねじ込むこ
とによつて比較的容易に組立てることができる。
従つて従来装置、すなわち回転軸とロータ内周面
との間のロータ内縦方向に複数の仕切板を配設し
て溶接等で固定した第４図および第５図の装置の
ロータに比べて、この発明のロータは構造が簡単
であり、しかも溶接等による固定箇所がないから
容易に製作でき、組立て後のロータの分解・点検
も容易に行うことができる。

さらに、従来装置においては、中心の回転軸に
与えられる回転力は、複数の仕切板を介してロー
タへ伝達されるため、仕切板の溶接部に応力が集
中するのに対し、この発明では、回転軸の螺旋突
起がその全長にわたつてロータ内周面の螺旋溝と
螺合し嵌着しているため、回転軸に与えられた回
転力は螺旋突起全長を介してロータへ伝達される
ことになる。その結果、上記の従来装置において
みられるような応力の集中箇所がなく、回転軸と
ロータとはより一層一体的に回転し、回転軸に与
えられた回転力を振動を伴なうことなくロータに
伝達させることができ、従つてスムーズな高速回
転が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す縦断面図、第
２図および第３図はそれぞれこの発明の遠心速抽
出器のロータ主要部を構成するロータ円筒壁およ
び回転軸の縦断面図、第４図は従来の遠心速抽出
器の代表例を示す縦断面図、および第５図は第４
図−線断面図である。 １……ケーシング、２……ロータ、２ａ……ロ
ータ内周面、９……中央開口（重液−軽液混合液
入口）、１１……重液分離抜出し用せき、１２…
…軽液分離抜出し用せき、１３……重液出口、１
４……軽液出口、２０……ロータ円筒壁、２１…
…螺旋溝、３０……回転軸、３１……螺旋突起、
４０……螺旋状液通路、Ｈ……重液相、Ｌ……軽
液相、Ｋ……界面。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 高速回転する円筒状ロータの底部に重液−軽
   液混合液入口を、上部に重液出口と軽液出口をそ
   れぞれ設けるとともに、前記ロータ内で遠心力に
   よつて分離された重液相および軽液相をそれぞれ
   前記重液出口および軽液出口へ導く重液分離抜出
   し用せきおよび軽液分離抜出し用せきを前記ロー
   タ内の上部に設けてなる遠心速抽出器において、
   内周面に螺旋溝を刻設した前記ロータの円筒壁内
   に、螺旋突起を有する前記ロータの回転軸をねじ
   込むことによつて、前記混合液入口から分離抜出
   し用せきに至る螺旋状液通路を前記円筒状ロータ
   内に形成し、これによつて混合液入口から導入さ
   れた重液−軽液混合液が前記螺旋状液通路内を回
   転しながら上昇するようにしたことを特徴とする
   遠心速抽出器。